用信号量机制来解决进程的同步与互斥：PV操作

用信号量机制来解决进程的同步与互斥：PV操作
首先确定进程间的关系，然后确定信号量及其值。

判断进程间是否互斥的关键：看进程间是否共享某一公有资源，一个公有资源与一个信号量相对应。

确定信号量的值是一个关键点，它代表了可用资源实体数。

举例：票大厅容纳的人数限制为20人，少于20人时购票者可以进入，否则要在厅外等候。

进程间是同步时：是否存在合作关系，是否需要互通消息
首先判断进程间的关系为同步的，且为各并发进程设置私有信号量，然后为私有信号量赋初值，最后利用PV原语和私有信号量规定各进程的执行顺序。

举例：公交车上司机与售票员的行为，司机到站停车后，售票员方可开门，售票员关门后，司机方可开车。

进程同步应用示例讲解：1
桌上有一个盘子，可以存放一个水果。

父亲总是把苹果放在盘子中，母亲总是把香蕉放在盘子中；一个儿子专等吃盘中的香蕉，一个女儿专等吃盘中的苹果。

1）系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？
2）这些进程间有什么样的相互制约关系?
3）用P，V操作写出这些进程的同步算法(注：标明信号量的含义)。

1）需要四个进程
进程描述：
Father：父亲放置苹果的进程；
Mother：母亲放置香蕉的进程；
Son：儿子吃香蕉的进程；
Daughter：女儿吃苹果的进程。

分析：
四人公用一个盘子；
盘子每次只能放一个水果，当盘子为空时，父母均可尝试放水果，但一次只能有一人成功；
盘中是香蕉，儿子吃，女儿等；
盘中是苹果，女儿吃，儿子等。

2）进程之间既有互斥又有同步关系。

Father进程和Mother进程要互斥的向盘中放水果，应设置一互斥信号量dish，初值为1，表示盘子为空；
Father进程要设置同步信号量apple，用于给Daughter进程传送消息，初值为0，表示还没有消息产生，即没有放苹果；相应Daughter进程也要向父、母进程传送盘子为空的消息。

Mother进程要设置同步信号量banana，用于给Son进程传送消息，初值为0，表示还没有消息产生，即没有放香蕉。

相应Son进程也要向父、母进程传送盘子为空的消息。

3）信号量设置：
dish：表示盘子是否为空，初值=1；
apple：表示盘中是否有苹果，初值=0；
banana：表示盘中是否有香蕉，初值=0。

Father:{ while( true)
P ( dish );//判断盘子是否空
将苹果放入盘中；
V ( apple );//传消息给女儿进程
}
Mather:{ while( true)
P ( dish );//判断盘子是否空
将香蕉放入盘中；
V ( banana );//传消息给儿子进程
}
Son::{ while( true)
P ( banana );//判断是否有香蕉
从盘中取出香蕉；
V ( dish );//传送盘空消息
吃香蕉；}
Daughter::{ while( true)
P ( apple );//判断是否有苹果
从盘中取出苹果；
V ( dish );//传送盘空消息
吃苹果；}
进程同步应用示例讲解：2
生产者与消费者共用一个有n个缓冲单元的缓冲区，生产者向缓冲区中放产品，消费者从缓冲区中取产品消费。

1）系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？
2）这些进程间有什么样的相互制约关系?
3）用P，V操作写出这些进程的同步算法(注：标明信号量的含义)。

1）系统需设两个进程
producer进程：生产产品并向缓冲区中放；
consumer进程：从缓冲区取产品并消费；
分析：
生产者与消费者共用一个缓冲区，但有n个缓冲单元；
对于缓冲区同一时刻只能有一个进程使用；
有空缓冲单元时，生产者可以放，否则等待；
有满缓冲单元时，消费者可以取，否则等待。

2）两进程间有互斥和同步的关系
producer进程和consumer进程要互斥的访问缓冲区，应设置一互斥信号量mutex，初值为1。

producer进程和consumer进程有同步的关系，当没有满缓冲单元时，consumer进程不能消费，当没有空缓冲单元时，producer进程不能向缓冲区放。

应为他们设置同步信号量empty=n和full=0，用于互传消息。

当empty=0时不能生产，当full=0时不能消费。

3）信号量设置
mutex：保证对缓冲区的互斥访问，初值=1；
empty：表示缓冲区中是否有空缓冲单元，初值=n；
full：表示缓冲区中是否有满缓冲单元，初值=0。

producer：
{ while(1)
生产一个成品；
P（empty）；
P（mutex）；
将产品存入缓冲区；
V（mutex）；
V（full）；} consumer：{ while(1)
P（full）；
P（mutex）；
将产品从缓冲区取出；V（mutex）；
V（empty）；
消费成品；}
进程同步应用示例讲解：3
设有进程A、B、C分别对单缓冲区S和T进行操作，其中A进程负责从卡片上读取数据并把数据块输入到缓冲区S，B进程负责从缓冲区S中提出数据块并将数据块送到缓冲区T中，C进程负责从缓冲区T中取出信息打印。

问题：
1）这些进程间有什么样的相互制约关系?
2）用P，V操作写出这些进程的同步算法(注：标明信号量的含义)。

分析：两个阶段的生产者和消费者问题。

只有S为空时，A进程才能向S中放数据；只有S中有数据时，B进程才能取数据；
只有T为空时，B进程才能向T中放数据；只有T中有数据时，C进程才能取数据。

1）三进程间有互斥和同步的关系
A进程和B进程要互斥的访问缓冲区S，B进程和C进程要互斥的访问缓冲区T。

A进程和B进程有同步的关系，当缓冲区S空时，A进程才能向S中放数据，只有S中有数据时，B 进程才能取数据。

应为他们设置同步信号量emptyS=1和fullS=0，用于互传消息。

B进程和C进程有同步的关系，只有当缓冲区T空时，B进程才能向T中放数据，只有T中有数据时，C进程才能取数据。

应为他们设置同步信号量emptyT=1和fullT=0，用于互传消息。

3）信号量设置
emptyS ：表示单缓冲区S是否为空，初值为1；
emptyT ：表示单缓冲区T是否为空，初值为1；
fullS ：表示单缓冲区S是否有数据可处理，其初值0
fullT ：表示单缓冲区T是否有数据可处理，其初值0
A: B: { while(1)
读卡片
P(emptyS );
将数据送入S;
V(fullS ) ;
} { while(1)
P(fullS );
从S中取数据;
V(emptyS) ;
......
P(emptyT);
将数据送入T;
V(fullT ) ;
}
C:
{ while(1)
P(fullT);
从T中取数据;
V(emptyT) ;
打印数据；
}
进程同步应用示例讲解：4
售票员优先正确运行过程
While(True)
{
（售票员）关车门
（司机）启动公车；
分析：
》确定进程间的关系:司机到站停车后，售票员方可工作。

同样，售票员关车门后，司机才能工作。

所以司机与售票员之间是一种同步关系。

》信号量设置：
确定信号量及其值：由于司机与售票员之间要互通消息，司机进程设置一个私有信号量run，用于判断司机能否进行工作，初值为0。

售票员进程设置一个私有信号量stop，用于判断是否停车，售票员是否能够开车门，初值为0。

司机进程: { while(1)
p(run);
启动车辆；
正常行车；
到站停车；
v(stop);
} 售票员进程: { while(1) 关车门；v(run);
卖车票；p(stop);
开车门；}
司机进程While(True) {
启动公车；驾驶公车；停止公车；}
售票员进程While(True) {
关车门；
卖车票；
开车门；
}。